gravitácia

Napriek tomu, že gravitácia je najslabšou interakciou medzi objektmi vo vesmíre, jej význam vo fyzike a astronómii je obrovský, pretože je schopná ovplyvňovať fyzické objekty v akejkoľvek vzdialenosti vo vesmíre.

Ak máte radi astronómiu, pravdepodobne ste sa zamysleli nad otázkou, čo je taký pojem ako gravitácia alebo zákon univerzálnej gravitácie. Gravitácia je univerzálna základná interakcia medzi všetkými objektmi vo vesmíre.

Objav gravitačného zákona sa pripisuje slávnemu anglickému fyzikovi Isaacovi Newtonovi. Pravdepodobne mnohí z vás poznajú príbeh jablka, ktoré padlo na hlavu slávneho vedca. Ak sa však pozriete hlboko do histórie, môžete vidieť, že o prítomnosti gravitácie dlho pred jeho érou uvažovali filozofi a vedci staroveku, napríklad Epikuros. Napriek tomu to bol Newton, kto ako prvý opísal gravitačnú interakciu medzi fyzickými telesami v rámci klasickej mechaniky. Jeho teóriu rozpracoval ďalší slávny vedec – Albert Einstein, ktorý vo svojej všeobecnej teórii relativity presnejšie opísal vplyv gravitácie vo vesmíre, ako aj jej úlohu v časopriestorovom kontinuu.

Newtonov zákon univerzálnej gravitácie hovorí, že sila gravitačnej príťažlivosti medzi dvoma hmotnými bodmi oddelenými vzdialenosťou je nepriamo úmerná druhej mocnine vzdialenosti a priamo úmerná obom hmotám. Gravitačná sila má veľký dosah. To znamená, že bez ohľadu na to, ako sa teleso s hmotnosťou pohybuje, v klasickej mechanike bude jeho gravitačný potenciál závisieť čisto od polohy tohto objektu v danom časovom okamihu. Čím väčšia je hmotnosť objektu, tým väčšie je jeho gravitačné pole - tým silnejšia je gravitačná sila. Takéto kozmické objekty, ako sú galaxie, hviezdy a planéty, majú najväčšiu príťažlivú silu, a teda pomerne silné gravitačné polia.

Gravitačné polia

Gravitačné pole Zeme

Gravitačné pole je vzdialenosť, v ktorej prebieha gravitačná interakcia medzi objektmi vo vesmíre. Čím väčšia je hmotnosť objektu, tým silnejšie je jeho gravitačné pole – tým je jeho vplyv na iné fyzické telá v určitom priestore zreteľnejší. Gravitačné pole objektu je potenciálne. Podstatou predchádzajúceho tvrdenia je, že ak zavedieme potenciálnu energiu príťažlivosti medzi dve telesá, potom sa nezmení potom, čo sa telesá budú pohybovať po uzavretom obryse. Odtiaľto vychádza ďalší známy zákon zachovania súčtu potenciálnej a kinetickej energie v uzavretom okruhu.

V hmotnom svete má veľký význam gravitačné pole. Vlastnia ho všetky hmotné objekty vo vesmíre, ktoré majú hmotnosť. Gravitačné pole môže ovplyvňovať nielen hmotu, ale aj energiu. Vplyvom gravitačných polí takých veľkých vesmírnych objektov, akými sú čierne diery, kvazary a supermasívne hviezdy, vznikajú slnečné sústavy, galaxie a iné astronomické zhluky, ktoré sa vyznačujú logickou štruktúrou.

Najnovšie vedecké údaje ukazujú, že slávny efekt rozpínania vesmíru je založený aj na zákonoch gravitačnej interakcie. Rozšírenie vesmíru je uľahčené najmä silnými gravitačnými poľami, a to tak malými, ako aj jeho najväčšími objektmi.

Gravitačné žiarenie v binárnom systéme

Gravitačné žiarenie alebo gravitačná vlna je termín, ktorý prvýkrát zaviedol do fyziky a kozmológie slávny vedec Albert Einstein. Gravitačné žiarenie v teórii gravitácie vzniká pohybom hmotných objektov s premenlivým zrýchlením. Počas zrýchlenia objektu sa gravitačná vlna od neho akoby „odtrhne“, čo vedie k kolísaniu gravitačného poľa v okolitom priestore. Toto sa nazýva efekt gravitačných vĺn.

Hoci gravitačné vlny predpovedá Einsteinova všeobecná teória relativity, ako aj iné teórie gravitácie, nikdy neboli priamo detekované. Je to spôsobené predovšetkým ich extrémnou malosťou. V astronómii však existujú nepriame dôkazy, ktoré môžu tento efekt potvrdiť. Na príklade priblíženia dvojhviezd možno teda pozorovať vplyv gravitačnej vlny. Pozorovania potvrdzujú, že rýchlosť približovania sa dvojhviezd do určitej miery závisí od straty energie týchto vesmírnych objektov, ktorá sa pravdepodobne vynakladá na gravitačné žiarenie. Túto hypotézu budú môcť vedci v blízkej budúcnosti spoľahlivo potvrdiť pomocou novej generácie ďalekohľadov Advanced LIGO a VIRGO.

V modernej fyzike existujú dva koncepty mechaniky: klasická a kvantová. Kvantová mechanika bola odvodená relatívne nedávno a zásadne sa líši od klasickej mechaniky. V kvantovej mechanike nemajú objekty (kvantá) žiadne konkrétne polohy a rýchlosti, všetko je tu založené na pravdepodobnosti. To znamená, že objekt môže v určitom časovom bode zaberať určité miesto v priestore. Nedá sa spoľahlivo určiť, kam sa bude ďalej pohybovať, ale len s vysokou mierou pravdepodobnosti.

Zaujímavým účinkom gravitácie je, že môže ohýbať časopriestorové kontinuum. Einsteinova teória hovorí, že v priestore okolo zväzku energie alebo akejkoľvek materiálnej látky je časopriestor zakrivený. V súlade s tým sa mení trajektória častíc, ktoré spadajú pod vplyvom gravitačného poľa tejto látky, čo umožňuje predpovedať trajektóriu ich pohybu s vysokou mierou pravdepodobnosti.

Teórie gravitácie

Dnes vedci poznajú viac ako tucet rôznych teórií gravitácie. Delia sa na klasické a alternatívne teórie. Najznámejším predstaviteľom prvej z nich je klasická teória gravitácie od Isaaca Newtona, ktorú vynašiel slávny britský fyzik už v roku 1666. Jeho podstata spočíva v tom, že masívne teleso v mechanike generuje okolo seba gravitačné pole, ktoré k sebe priťahuje menšie predmety. Tie majú zase gravitačné pole, ako všetky ostatné hmotné objekty vo vesmíre.

Ďalšia populárna teória gravitácie bola vynájdená svetoznámym nemeckým vedcom Albertom Einsteinom na začiatku 20. storočia. Einsteinovi sa podarilo presnejšie popísať gravitáciu ako jav a tiež vysvetliť jej pôsobenie nielen v klasickej mechanike, ale aj v kvantovom svete. Jeho všeobecná teória relativity popisuje schopnosť takej sily, akou je gravitácia, ovplyvňovať časopriestorové kontinuum, ako aj trajektóriu elementárnych častíc v priestore.

Spomedzi alternatívnych teórií gravitácie patrí relativistická teória, ktorú vynašiel náš krajan, slávny fyzik A.A. Logunov. Na rozdiel od Einsteina Logunov tvrdil, že gravitácia nie je geometrické, ale skutočné, pomerne silné fyzikálne silové pole. Z alternatívnych teórií gravitácie sú známe aj skalárne, bimetrické, kvázilineárne a iné.

1. Pre ľudí, ktorí boli vo vesmíre a vrátili sa na Zem, je spočiatku dosť ťažké zvyknúť si na silu gravitačného vplyvu našej planéty. Niekedy to trvá aj niekoľko týždňov.
2. Je dokázané, že ľudské telo v stave beztiaže môže stratiť až 1% hmoty kostnej drene za mesiac.
3. Spomedzi planét má Mars najmenšiu príťažlivú silu v slnečnej sústave a Jupiter najväčšiu.
4. Známe baktérie salmonely, ktoré sú pôvodcami črevných ochorení, sa v stave beztiaže správajú aktívnejšie a môžu ľudskému organizmu napáchať oveľa väčšie škody.
5. Zo všetkých známych astronomických objektov vo vesmíre majú čierne diery najväčšiu gravitačnú silu. Čierna diera veľkosti golfovej loptičky by mohla mať rovnakú gravitačnú silu ako celá naša planéta.
6. Gravitačná sila na Zemi nie je vo všetkých kútoch našej planéty rovnaká. Napríklad v oblasti Hudsonovho zálivu v Kanade je nižšia ako v iných regiónoch zemegule.